轨道随机不平顺下磁浮车辆非线性动力学特性

基于柔性轨道研究了随机不平顺下磁浮车辆的动力学特性, 在将轨道受力分解为分段链式结构的基础上, 提出了一种磁浮车辆垂向悬浮稳定性分析方法, 定义了不同悬浮力作用于各自悬浮点时柔性轨道的振动固有频率和模态矩阵; 建立了轨道分段链式结构的离散形式和轨道结构的运动方程, 采用虚拟激励法将轨道不平顺产生的随机激励转化为系统输入激励, 并将轨道随机高低不平顺作为振动激励源进行车轨振动控制; 在不同反馈控制参数下采用电压反馈双环PID控制器数值仿真车辆的悬浮状态, 并分析了轨道随机不平顺激励下反馈控制参数对磁浮系统稳定性的影响。研究结果表明: 当磁浮车辆速度为50~80 km·h-1, 位移反馈参数、速度反馈参数和电流反馈参数分别为140 000、50、500时, 车辆可以从起始间隙16 mm快速定位到平衡位置间隙9 mm, 在2.2 s时即可稳定悬浮, 系统的超调量和稳态误差分别为1.50和0.13 mm, 且系统振动频率趋近于0;当位移反馈参数、速度反馈参数和电流反馈参数分别为15 000、50、400时, 磁浮车辆在轨道随机不平顺作用下的悬浮稳定性变差, 系统在9 s左右逐渐趋于稳定, 但仍旧在平衡位置上下浮动, 且系统振动频率和振动幅值分别为7 Hz和0.5 mm; 当磁浮车辆的速度超出50~80 km·h-1时, 第1组反馈控制参数不再适用, 磁浮系统在1.7 s左右发散, 车辆失稳, 表明在不同车辆速度和反馈控制参数的作用下, 轨道随机不平顺能显著影响磁浮车辆的悬浮稳定性。      

中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统动力性能试验

为探究中低速磁浮车辆-桥梁耦合系统的振动特性,对其在上海临港中低速磁浮试验基地开展了现场动力学试验,研究了车速和桥梁结构形式对耦合系统动力响应的影响;试验车辆采用(悬挂)中置式悬浮架,试验桥梁为25 m混凝土简支梁和25 m钢结构简支梁;为明确2种桥梁的固有振动特性,对其进行了模态测试;提取了不同工况下车辆-桥梁耦合系...     

一类随机非线性关联大系统的全局指数稳定性

为研究车辆建模导致的随机误差对自动化公路车辆系统等关联大系统的影响,将确定性箱体理论推广到随机箱体理论,利用M-矩阵理论和随机箱体理论,构造适当的向量Lyapunov函数,通过分析相应随机微分不等式的稳定性,利用随机大系统的系数矩阵以及与大系统关联的Lyapunov矩阵方程的解构造判定矩阵,得到该类大系统全局指数稳定性的充分性判据,即当判定矩阵为M-矩阵时,大系统是全局指数稳定的.仿真结果表明:本文算法收敛速度快,在20 s内系统状态就能达到稳定.     

混杂系统稳定性条件扩展及等价分析

分析混杂系统的稳定性,将经典Lyapunov稳定性理论进行了扩展,给出了一类切换混杂系统的稳定性判据.基于此稳定性判据给出了特定形式的Lyapunov函数,并把系统稳定性问题等价转化为了线性矩阵不等式的求解问题,为准确判断混杂动态系统的稳定性提供了依据.通过仿真实例验证了结论的正确性以及分析方法的有效性.     

半挂汽车列车高速变道稳定域估计

为改善传统稳定域在评价铰接列车非稳态转向稳定性方面的不足, 提出了一种适用于半挂汽车列车的高速变道稳定域的估计方法; 建立了包含Pacejka魔术公式的半挂汽车列车四自由度非线性动力学模型, 通过半挂汽车列车高速变道的仿真和实车试验对比验证了所建模型的有效性; 在构建车辆系统Jacobian矩阵的基础上, 应用特征根法分析了车辆在高速阶跃转向和正弦转向2种情况下的稳定性; 基于Lyapunov稳定性定理, 通过构建Lyapunov能量函数, 分析了车辆极限状态时的系统能量与能量变化阈值, 获得了车辆高速变道稳定域, 并利用半挂汽车列车30m·s-1变道试验验证稳定域。分析结果表明: 高速变道过程中车辆系统Jacobian矩阵特征根大于0, 但最终收敛至小于0, 系统仍可保持稳定; 车辆高速变道稳定域为近似凹形曲面, 能量越接近中心区的低点, 车辆系统越稳定, 而一旦接近甚至超过能量阈值, 车辆系统将临近或发生失稳; 在半挂汽车列车30m·s-1变道试验中, 当Lyapunov能量接近阈值3.863 6J时, 车辆系统处于临近失稳状态。可见, 确定的半挂汽车列车高速变道稳定域, 能够较好地表征车辆系统在高速瞬态连续转向状态下的稳定性, 可为半挂汽车列车操纵稳定性评价和控制提供有益参考。      

基于向量Liapunov函数的时滞车辆跟随系统稳定性分析

为了提高自动化高速公路车辆纵向跟随控制系统的稳定性,建立了关于车辆跟随误差的具有时间滞后的无限维非线性关联大系统模型,应用向量李雅普诺夫函数对大系统的稳定性进行了分析。以大系统的孤立子系统的稳定性条件为基础,在假定系统满足全局Lipschitz条件的情况下,得到了此类大系统指数稳定的充分性判据。该判据是与时间滞后量无关的显式判据,可方便地应用于车辆纵向跟随控制器的设计。     

低速磁浮车辆动力学建模与导向机构仿真分析

在分析低速磁浮车辆结构及其运动学关系基础上,利用SIMPACK软件,建立了含主动悬浮控制的76个自由度的磁浮车辆虚拟样机模型,开展了基于整车动力学的低速磁浮车辆导向机构仿真分析,研究了T形臂、横向滑台及两者之间的运动学规律。仿真结果表明:在300 m半径曲线和三转向架结构条件下,为了保证磁浮车辆顺利通过曲线,磁浮车辆导向机构前T形臂长度应大于后T形臂长度,两者比值的优化区域在1.50和2.00之间;车辆头尾T形臂相对于车体的转角幅值大小基本相同,方向相反,对应滑台的横向位移曲线形状与幅值基本相同;同一转向架前后滑台的最大横移量之比等于前后T形臂长度之比。     

磁浮车辆运行平稳性的虚拟激励分析方法

为方便、快速地分析多点输入轨道车辆的平稳性,基于虚拟激励原理,提出了平稳性分析方法。当车辆系统受多点全相关随机激励时,应用此方法将多输入多输出系统的响应功率谱矩阵的计算化简为两个矢量相乘,利用所获得的功率谱和随机振动中的反演技术,分析轨道车辆的平稳性指标。以TR08磁浮车辆为原型,建立了磁浮车辆的垂向动力学模型,运用虚拟激励分析方法计算了磁浮车辆的响应功率谱。在频域中,磁浮车辆车体中心处的Sperling指标为1.653,车辆的平稳性等级为优,通过反演运算获得了响应的幅值谱和时间历程,分析过程简单,计算结果准确。     

悬索桥初始内力与几何非线性对梁轨相互作用的影响

依据梁轨相互作用原理, 提出了基于悬索桥成桥变形状态重构道床纵向阻力位移-力曲线的方法, 并从存在初始位移的5×32 m简支梁桥上无缝线路钢轨受力和变形两方面验证了重构方法的可行性; 结合多单元建模方法与U.L.列式法, 建立了考虑悬索桥初始内力和几何非线性的线-梁-索-缆-塔空间计算模型, 以某(2×84+1 092+2×84) m大跨悬索桥为例, 对比分析了不同工况下悬索桥初始内力与几何非线性对梁轨相互作用的影响。分析结果表明: 提出的道床纵向阻力重构方法能够避免桥梁初始变形对梁轨相互作用的影响, 使悬索桥上无缝线路计算模型能考虑初始内力的影响; 主缆垂度效应对各工况下梁轨相互作用的影响不足1%, 计算中可忽略该因素; 悬索桥初始内力主要影响挠曲、制动及断轨工况, 可使挠曲力、制动力及断缝值分别降低22.4%、12.7%和9.3%;大变形效应不仅可以改变挠曲力分布规律, 还可大幅减小断缝值, 降幅达22.4%;建议悬索桥上无缝线路在挠曲、制动及断轨工况下应考虑初始内力与大变形效应的影响, 伸缩工况下可将悬索桥简化为同等跨度的跨中纵向约束、梁端自由的连续梁桥进行计算; 建立的计算模型可为悬索桥上无缝线路设计提供精确的仿真结果。      

道路运输车辆制动稳定性能试验研究

为了研究道路运输车辆制动时左右车轮制动力之差对制动稳定性的影响规律,对空载四轴车辆进行制动稳定性道路试验,设置几种不同的制动工况,分别进行车速为30、50 km/h时的直线制动试验,得出不同制动工况下车辆质心的偏移量和偏转角度。结果表明:左右两侧车轮制动力差值越大,制动时车辆偏移量越大;前轴左右侧车轮制动力差对车辆制动稳定性的影响高于后轴;车辆左右轮制动力差对车辆制动稳定性的影响随着车速的增高而增大。     

高速列车轴箱弹簧载荷特性与疲劳损伤

以某型高速列车轴箱弹簧为研究对象, 通过载荷标定方法制作了弹簧载荷测试传感器, 安装于动力转向架, 通过在线路测试得到了轴箱弹簧载荷时间历程; 结合车载陀螺仪信号, 分析了启动牵引、制动停车、高低速直线、进出坡道、曲线通过等典型工况下的轴箱弹簧载荷特性; 根据轴箱弹簧载荷的变化特点, 将测试载荷分解为趋势载荷和动态载荷, 并在统计基础上给出轴箱弹簧一定运用里程下的载荷谱, 确定了载荷幅值与载荷作用频次的对应关系, 根据损伤一致性准则, 分析了载荷谱各级载荷造成的损伤比重与轴箱弹簧疲劳损伤随列车运行速度增大的变化规律。分析结果表明: 轴箱弹簧载荷与应变呈线性关系, 其传递系数为9.45×10-5 kN-1; 与非动力侧轴箱弹簧相比, 动力侧轴箱弹簧载荷幅值变化受电机扭矩载荷的影响较大, 在列车启动阶段, 电机输出扭矩达到最大值, 动力侧与非动力侧轴箱弹簧的载荷分别为-7.42、1.26 kN; 列车速度由240 km·h-1增大至350 km·h-1时, 轴箱弹簧趋势载荷由-0.6 kN变化至-2.0 kN, 最大动态载荷由1.53 kN增大至1.86 kN, 增大了22%;动力侧轴箱弹簧在列车低速、高速运行时所产生的疲劳损伤比重分别为0.79、0.75;列车运行速度提高会使轴箱弹簧高幅值载荷产生的疲劳损伤比重略有降低, 这与非动力侧疲劳损伤比重分布特点相吻合; 动力侧和非动力侧轴箱弹簧疲劳损伤随着列车运行速度增大均呈现出先减小后增大的变化趋势, 在列车速度为300 km·h-1附近时达到最小疲劳损伤, 动力侧与非动力侧轴箱弹簧的疲劳损伤分别为0.110、0.004。      

含随机干扰的车辆跟随系统滑模控制

为验证滑模控制用于含随机干扰的车辆跟随系统的可行性,建立了车辆跟随系统模型和相应的随机车辆动力学模型.用滑模控制法设计了随机车辆跟随系统的控制器.用向量Lyapunov函数法研究了控制系统稳定性,并得到系统指数均方稳定的充分条件.仿真中设置的随机因素为车辆的阻力.仿真结果表明,在5 s内跟随车辆的加速度和速度已接近领头车辆,车间距误差小于0.05 m.      

考虑齿面摩擦的机车齿轮传动系统参数振动稳定性（英文）

针对机车齿轮传动系统的参数振动问题,建立了考虑齿面摩擦时机车齿轮传动系统的动力学模型,基于势能原理获得了齿轮时变啮合刚度,并利用傅里叶级数展开,利用多尺度法进行求解,获得了系统参数振动稳定的边界条件。最后开展实例分析,研究了齿面摩擦因数对机车齿轮传动系统参数振动稳定性的影响。分析结果表明:不计齿面摩擦时,当机车速度约为119.02/j km·h~(-1)(j是谐波项)时,系统会产生参数共振,摩擦因数越大,对应的参数共振速度越大;在参数共振速度附近存在系统振动不稳定区域,当系统阻尼系数和摩擦因数均为0,谐波项分别为1、2、3、4时,相对于参数共振速度的波动值分别为9.16、1.46、0.53、0.55km·h~(-1),系统振动不稳定;当阻尼系数为0时,在对应谐波项下,与摩擦因数为0时相比,齿面摩擦因数分别为0.1、0.2时,系统振动不稳定区域内相对于参数共振速度的波动值分别增加了约4.88%、9.54%;当阻尼系数为0.01时,随着摩擦因数的增大,在系统振动不稳定区域内相对于参数共振速度的波动值不一定增加;摩擦因数越大,系统稳定所需的阻尼系数越小。     

面向实际交通状态的混合动力汽车能耗和CO2排放模型

由于混合动力汽车与传统燃油车的能耗排放因子具有差异性，导致机动车交通路网能耗排放的量化评估存在不确定性。本文建立混合动力汽车在实际交通状态中的能耗和CO2排放因子测算模型，基于车辆比功率VSP(Vehicle Specific Power)作为车辆行驶状态与能耗排放之间耦合关系的表征参数。通过引入内燃机转速区分内燃机开启和关闭工作状态，并计算内燃机开启状态下VSP对应的平均能耗率，同时，建立能够解析混合动力汽车能耗排放产生机理的VSP分布。通过收集典型行驶工况下车辆测试油耗数据和北京市车辆实际行驶轨迹数据，验证了模型的准确性，并应用模型测算混合动力汽车不同速度区间下的油耗和CO2排放因子。研究结果表明：在城市行驶工况(UDDS)和高速行驶工况(HWY)中，模型测算能耗排放因子与真实值的平均相对误差分别为3.7%和-1.7%，与不考虑内燃机开启状态相比，测算误差减少5.6%和4.3%；在实际交通状态下，采用传统燃油车的测算方法会导致混合动力汽车行驶平均速度为高速区间时油耗和CO2排放量被低估，当行驶平均速度为低速区间时油耗和CO2排放量会被高估。     

液压减振器失效对跨座式单轨车辆动力学性能的影响分析

以某国产跨座式单轨车辆为研究对象,采用动力学仿真软件建立跨座式单轨系统动力学仿真模型,分析液压减振器不同失效工况对车辆动力学性能的影响.重点考察了倾覆系数、水平轮径向力、车体侧滚角和运行平稳性指数.分析结果表明:车辆在曲线轨道运行过程中,液压减振器不同位置失效工况下车辆的倾覆稳定性、抗脱轨稳定性与运行安全性均会变差,且发生工况五或工况六时,动力学性能最差,此时会严重影响到车辆的稳定运行,应减速停车疏散乘客;而车辆在直线轨道以最高运行车速75 km/h运行时,液压减振器不同的失效工况下车辆的横向和垂向平稳性与正常工况运行相比,横向平稳性影响较小,但对车辆的垂向平稳性影响较大.     

Duffing系统对称破缺分岔及其逆分岔研究

研究了Duffing系统中作为倍周期分岔前兆的对称破缺分岔及其机理,Lyapunov指数与对称破缺分岔之间的关系．研究表明对称破缺分岔意味着仅含奇次谐波周期解的失稳和稳定的含有奇、偶次谐波周期解的出现,而且在此临界稳定点应有最大Lyapunov指数等于零．通过数值计算发现,在达到倍周期分岔前最大Lyapunov指数经历了3个零点,对应于系统的两次对称破缺分岔和一次逆对称破缺分岔,并确定了分岔点的,值。     

时变时滞细胞神经网络的周期运动的稳定性

利用M-矩阵理论和矢量Lyapunov函数方法,研究变时滞周期运动细胞神经网络的全局指数稳定性．在放松该类神经网络激活函数的有界性、单调递增性、可微性及Lipsehitz连续等条件下,得到了该类神经网络周期解的存在性与全局指数稳定的代数判据．该判据基于神经网络激活函数满足的条件,利用连接权值矩阵及阻尼系数矩阵构造测试矩阵,根据测试矩阵是否为M-矩阵判定系统周期解的存在性与全局指数稳性．     

高阶自动控制系统稳定性问题的计算机求解

本文提出了高阶自动控制系统稳定性判据的计算机求解方法,编制了适于在微型计算机上实现的 HOACS 程序,便于判定已有系统的稳定性,对于新设计的系统,则可在保证系统稳定工作和达到较高计算精度的条件下,确定系统 K 值的调整范围。     

车辆与桥上道岔的耦合动力学分析

为深入研究快速及高速行车条件下车辆一道岔．桥梁的动态相互作用,将车辆、道岔区轨道和桥梁作为一个整体,建立了车辆一道岔-桥梁耦合系统动力分析模型,用数值模拟的方法探讨了高速行车条件下道岔区轨道与桥梁结构的动力特性及行车安全性和舒适性．采用竖、横向挠跨比作为衡量桥梁刚度的指标,以高速铁路中最常用的6种标准跨度连续梁桥为对象进行计算和分析,通过获得各种工况下的车体振动加速度、减载率、脱轨系数、桥梁振幅和振动加速度等动力响应,确定车辆一道岔．桥梁动力耦合条件下24,32,40和48m跨度连续梁桥的合理刚度分别为1／20000,1／9000,1／5000和1／3000．研究结果表明,除静力分析应满足有关规定外,还应根据具体的道岔结构、运营条件和桥梁结构进行耦合动力分析,以保证高速行车条件下列车通过桥上道岔时的安全性和舒适性．     

中低速磁浮车岔耦合振动研究

为研究中低速磁浮道岔主动梁关键参数对车岔耦合振动的影响，进行了各工况下磁浮道岔主动梁的模态测试，并建立了考虑道岔主动梁弹性振动的车岔耦合动力学模型，对悬浮稳定性进行了分析. 通过仿真与试验对比，对道岔主动梁的模态特征进行了修正，并基于修正后的车岔耦合动力学模型，研究了磁浮道岔主动梁不同设计参数对悬浮稳定性的影响规律. 研究结果表明:中间台车采用50 MN/m的弹性约束进行等效，能够达到比较理想的误差要求；二台车支撑方案相比三台车支撑方案，更容易避开磁浮车岔耦合的共振频率；随着主动梁一阶垂向弯曲频率的不断增大，悬浮控制参数的稳定区间越小，当道岔主动梁垂向弯曲频率大于12 Hz时，更容易出现车岔耦合振动现象；随着道岔主动梁刚度的增加，悬浮控制参数的稳定范围越小；增加道岔主动梁结构阻尼比不能解决车岔耦合共振问题，只能降低振动幅值大小；随着道岔主动梁线密度的增大，越不容易出现车岔共振现象，当线密度低于1 500 kg/m时，悬浮稳定区间将急剧下降；中间台车的等效支撑刚度越大，控制参数的稳定区间越小，但影响幅度不大.